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电池储能电站的安全性问题分析

2012-09-12 09:37
Minor昔年
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  一场动摇钠硫电池前景的火灾

  作为新一代电力存储系统,钠硫电池备受期待,但钠硫电池的电极使用钠,有遇水爆炸的危险,因此灭火时比普通火灾更为困难。但日本却发生了足可以动摇钠硫电池前景的火灾事故。据了解,目前推出钠硫电池产品的公司只有日本礙子(NGK)一家。2011年9月21日上午前7点20分左右,设置于日本茨城县三菱材料筑波制作所内的钠硫电池(日本NGK制)起火引发火灾。直到10月5日下午3点25分大火才终于被扑灭,历时2周之久。日本NGK在事故发生当天成立了事故调查委员会,并同时宣布将暂停生产钠硫电池。

  由于钠硫电池的构造及工作原理,钠硫电池存在以下两大安全风险。第一,由于使用了钠,因此着火时不能浇水。必须采用沙子掩盖等手段来灭火,所以钠硫电池的设置单位及消防机构需要采取特殊措施。第二,由于钠硫电池的工作温度需达300—350℃,当电池单元着火时,火势就容易向周围的其他电池单元蔓延,而且控制火势需要大量时间。

  据日本NGK介绍,发生事故的钠硫电池中混入了1个“不合格”的电池单元,该电池单元的破损导致高温溶融物(液态的钠和硫)从内部流出。每个电池模块分成4个区块,各区块之间设有防止短路及火势蔓延的砂层。但此次溶融物越过砂层流出,因此相邻的区块之间发生了短路。各区块内部设有用来防止大电流持续流过的保险丝,但相邻区块之间则未设置。

  由于区块间发生了短路,随着大电流的连续流过,模块内部开始发热,使更多的电池单元发生破损。这样,在发生火灾的同时,再加上溶融物流出,火势便蔓延到了整个模块,进而使受损范围扩大到了相邻的模块。

  在火灾事故发生后,日本NGK公布了防止事故再次发生的对策,包括在相邻区块间设置保险丝,这样即使发生短路,也可降低大电流连续流过的概率;为防备溶融物流出,在区块间设置防短路板,进一步保证区块间不会因溶融物流出而短路;为避免火势蔓延,在模块间设置防火势蔓延板。

  对于不合格的电池单元嵌入模块的原因,日本NGK推测是“制造工序中混入了异物等,这种超出设计允许范围的问题叠加之后,导致安全功能未能发挥作用”。但是,有问题的那个电池单元已经烧毁了,所以真正原因无法确定。因此,该公司目前的方针是加强制造工序的管理并对全部产品实施检查,由此来防止不合格的电池单元嵌入模块。

  钠硫电池的单位重量能量密度高达铅蓄电池的约3倍,有望在新一代电网中承担多种作用,比如通过负荷均衡化来降低最大电力使用量(削峰),以及解决可再生能源的功率输出波动问题,等等。因此,旨在普及钠硫电池的环境建立工作也在急速推进之中。

  2007年日本消防法修订了“与危险品限制相关的规定”,改为允许将不同种类的危险品装入同一容器内运输或储藏,这一措施主要是为了能够轻松设置钠硫电池,因为钠硫电池使用了日本消防法定义为第二类危险品(可燃性固体)的硫,以及定义为第三类危险品(自燃性物质及禁水性物质)的钠。根据这一修订,只要容器及设置场所达到一定标准,即可较轻松地设置钠硫电池。

  不过,此次事故说明钠硫电池的安全技术及火灾对策尚未成熟。实际上,除了上面提到的防止事故再次发生的对策之外,日本NGK还提出了安全强化对策,比如“建立用来在早期发现火灾的监控体制”、“设置灭火防火设备并建立灭火体制”,以及“制定火灾发生时的逃生线路并建立引导疏散体制”,要求客户实施。另外,对于在医院及商业设施等有较多不特定人出入的场所设置钠硫电池的客户,暂时要求他们拆除钠硫电池。

  日本NGK表示如有客户申请拆除即会满足要求,但实际上多数客户都希望继续使用。目前已有众多场所将钠硫电池设置为备用电源,而且性能也很出色,因此钠硫电池的需求今后还有望继续扩大。但正因如此,更需要钠硫电池在安全技术上进一步成熟。

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